基于主成分回归的整合模型预测重金属混合物毒性

为解决CA和IA模型预测结果共线性的问题,基于主成分回归改进已有整合加和模型ICIM,建立新的混合物整合模型（PCR-IAM）,并预测加和、协同和拮抗相互作用的重金属混合物联合毒性.以混合物实验浓度为因变量,浓度加和与独立作用预测混合物效应浓度的主成分回归为自变量,建立了PCR-IAM模型.以4个二元混合物体系（Ni-Fe、Ni-Pb、Ni-Cd和Ni-Cr）共20条混合物射线的联合毒性（共240个样本点）验证PCR-IAM模型的预测能力.结果表明,所有二元混合物的PCR-IAM模型的决定系数（R²）和留一法（LOO）交叉验证相关系数（Q²）值均大于0.95,表明PCR-IAM模型能够准确预测20条加和效应、协同和拮抗作用混合物的联合毒性.因此,经验数学模型PCR-IAM模型可以准确预测加和效应、协同和拮抗作用混合物毒性,为构建更合理的整合模型及环境混合污染物的风险评估提供可靠的技术手段.     

多效应残差法(MERA)表征二甲亚砜-农药二元混合物毒性相互作用

采用直接均分射线设计(EquRay)构建二甲亚砜(DMSO)分别与3种常用农药乐果(DIM)、敌敌畏(DIC)和甲霜灵(MET)的二元混合物,应用微板毒性分析(MTA)测试单个物质及混合物对青海弧菌Q67(Vibrio qinghaiensis sp.-Q67)的发光抑制毒性.以浓度加和(concentration addition,CA)模型检测混合物的毒性相互作用,提出并应用多效应残差法(multi-effectresidual analysis,MERA)定量表征DMSO-农药二元混合物实验观测毒性相对于CA模型预测结果的偏离程度,即毒性相互作用强度.表征结果显示3组DMSO-农药二元混合物的毒性相互作用以拮抗作用为主,最强拮抗作用在-23%～-15%之间,发生拮抗作用的浓度范围及拮抗作用强度受混合物组成、组分浓度比和效应水平等因素的影响.综合分析比较MERA与传统等效线图及扩展毒性单位和对3组二元混合物的表征结果发现,MERA从生物效应角度表征毒性相互作用强度,受到混合物组成和效应水平的限制较少,适用于分析具有复杂相互作用的二元混合物.     

构建三元混合污染物的三维等效图

等效线分析法广泛应用于二元混合物的毒性相互作用评估.然而,如何构建三维等效图以考察三元混合物中发生的毒性相互作用至今没有文献报道.本研究的主要目的即以三元混合物中3个组分的相对浓度为坐标轴建立三维等效图以考察三元混合物的毒性相互作用.以6种目前在中国广泛使用的农药,包括3种除草剂(2,4-D、敌草净、西草净)和3种杀虫剂(乐果、吡虫啉、残杀威)为混合物组分,采用均匀设计射线法(UD-Ray)分别对三元除草剂和三元杀虫剂混合物中各组分浓度分布进行优化设计,以全面表征实际混合物的浓度多样性.通过费氏弧菌微板毒性分析法测定农药及其三元混合物在不同浓度下的发光抑制毒性,以浓度加和(CA)模型为加和参考模型,建立三维等效图,分析各混合物的毒性相互作用.结果表明,三维等效图能清晰、直观地反映三元混合物的毒性相互作用信息,开拓等效分析法在三元混合物毒性分析中的应用.     

剂量-效应关系两种置信区间的比较

毒性实验存在随机误差,同时剂量-效应曲线(DRC)拟合也会产生误差.因此,合理表征剂量-效应关系及其置信区间非常重要.本研究在剂量-效应曲线非线性拟合基础上,阐述了构建拟合函数置信区间(FCI)与实验观测置信区间(OCI)的基本原理.并以对氯苯酚及等效应浓度比混合物为例,说明目前多数文献使用的FCI不能有效地描述真实毒性实验的不确定度,提出以OCI表征DRC,以求真实反映观测毒性效应的不确定度.利用剂量加和与独立作用模型预测了混合物毒性,并与OCI比较,得到混合物毒性作用类型.建议在分析混合物协同、拮抗、独立与加和作用时,应充分考虑OCI.     

Cu2+和Cd2+对斑马鱼胚胎早期发育的联合毒性

采用斑马鱼胚胎早期发育技术,测定Cu2+和Cd2+ 2种重金属对胚胎发育的毒性效应. 以24 h致死和72 h胚胎孵化抑制为毒性终点,2种重金属的剂量-效应曲线可用Weibull函数或Logit函数有效描述,由最佳拟合函数计算得出半数致死浓度(LC₅₀)或半数效应浓度(EC₅₀)为毒性效应的评价标准,2个毒性终点的重金属毒性大小顺序均为Cu2+>Cd2+. 应用浓度加和(CA)与独立作用(IA)2种模型,对72 h孵化抑制率的无观测效应浓度(NOEC)配比混合物的联合毒性作用进行了预测,通过混合物试验观测数据的95%置信区间与CA模型和IA模型预测的剂量-效应曲线进行比较分析表明,2种模型都可以有效预测斑马鱼胚胎孵化的联合毒性.      

离子液体与废水对青海弧菌Q67的混合毒性研究

以1-苄基—3-甲基咪唑四氟硼酸(IL1)和1-已基—3-甲基咪唑双(三氟甲基磺基)亚胺(IL2)及废水为混合物组分,以Vibrio qinghaiensis sp.-Q67为指示生物,采用均匀设计射线法设计不同浓度配比的IL1-IL2混合物体系及IL1-IL2-废水的混合物体系,应用微板毒性分析法系统测定这些混合物体系的浓度-效应数据,并以浓度加和与独立作用模型为加和参考模型分析毒性相互作用.结果表明:IL1-IL2的混合物体系具有拮抗或加和作用,且混合物毒性(pEC50值)与其中IL1的浓度比具有良好的线性关系;IL1-IL2-废水的混合物体系具有明显的协同或加和作用,且混合物pEC50值与其中废水的浓度比具有良好的线性关系.     

3种离子液体与甲霜灵二元混合物的联合毒性

选择3种咪唑类离子液体(ILs): C10H19ClN2 (IL1), C12H23ClN2 (IL2), C16H31ClN2 (IL3)和一种杀菌剂甲霜灵(MET)为混合物组分,以直接均分射线法构建3组二元混合物体系:MET-IL1, MET-IL2和MET-IL3. 应用微板毒性分析法(MTA)测定二元混合物对青海弧菌Q67 (Vibrio qinghaiensis sp.–Q67)的联合毒性.通过比较实验毒性数据与浓度加和(CA)参考模型分析混合物的毒性相互作用,并利用半数效应浓度(EC50)水平下的等效线图分析毒性变化规律.结果表明3组二元混合物的相互作用明显不同.在MET-IL1和MET-IL2 2组二元体系中,MET浓度比例越高,拮抗作用越明显;在MET-IL3二元体系中,随着MET浓度比例的减小,MET与IL3的相互作用由加和变为协同,并且MET比例越小,协同作用越明显.     

多种环境雌激素对淡水鱼联合毒性作用的预测和评价

为预测和评价多种环境激素对生物的联合毒性效应,通过对雄性鲫鱼卵黄蛋白原诱导作用探讨了17β-雌二醇、17α-乙炔基雌二醇、双酚A、辛基苯酚等几种环境雌激素联合作用的环境影响.确定了每种化合物的剂量-效应曲线,混合物由单个化合物等毒性固定浓度比例混合而成,实验得出的混合物效应与通过浓度相加或反应相加作用模型计算得出的混合物效应比较.结果有很好的一致性.上述结果证明了类雌激素化合物呈现相加作用方式,即使在单独作用无显著效应的较低浓度下也可产生显著的混合物效应,混合物效应可通过两类模型预测.由于环境污染物组成往往不明确,通过浓度相加作用模型预测的结果较为保守,在环境风险评价中更加实用.     

苯酚与苯胺衍生物对发光菌的联合毒性

 应用微板毒性分析方法,以污染物对淡水发光菌——青海弧菌(Vibrio-qinghaiensis sp.)Q67 的发光抑制为毒性指标,分别测定了对氯苯酚(P1)、邻氯苯酚(P2)、2,4-二氯苯酚(P3)、间甲苯酚(P4)、对甲苯酚(P5)、间硝基苯酚(P6)、2-硝基苯酚(P7)、对甲苯胺(P8)、P9、邻硝基苯胺(P10)、邻氯苯胺(P11)、间氯苯胺(P12)对Q67 的毒性. 结果表明, 12 种污染物的剂量-效应关系除了P11 可用Logit 模型描述外,其余11 种污染物均可用Weibull 模型有效描述. 由模型估算的半数效应浓度负对数值(pEC50) 分别为3.43,2.81,3.66,2.83,2.99,3.15,3.20,2.52,2.36,3.66,2.81,2.89,其对Q67 的毒性大小顺序为 (P3 = P10) > P1 > P7 > P6 > P5 > P12 > P4 > (P11 = P2) > P8 > P9. 分别设计浓度为各自EC10 和EC50 的2 个等效应浓度比混合物和12 个均匀设计浓度比混合物进行微板毒性实验,并应用剂量加和(DA)模型与独立作用(IA)模型建立由单一毒物的剂量-效应参数来预测混合物联合毒性的方法. 结果表明,在实验浓度范围内各混合物毒性均能用DA模型精确预测.     

3,4-二氯苯胺与取代芳烃联合毒性的定量构效关系研究

采用细菌生长抑制实验测定了取代芳烃及其混合物对长江水中混合细菌的急性毒性,得到17种单一化合物的半数抑制浓度(IC50)及22组混合物的半数抑制浓度(IC50mix).采用毒性单位法和混合毒性指数法对联合毒性效应进行了定性评价,3,4-二氯苯胺与胺类化合物的联合效应以简单相加或部分相加作用为主,而3,4-二氯苯胺与酚类化合物的联合效应则多表现为协同作用.以化合物的辛醇/水分配系数(lgP)和分子最低空轨道能(ELUMO)为结构描述符,分别建立了单一毒性和联合毒性的定量构效关系(QSAR)模型.所得模型对极性麻醉型化合物和反应性化合物的毒性都具有较强的预测能力,不仅能预测3,4-二氯苯胺与取代芳烃不同配比的二元混合物的联合毒性,也能预测三元和四元混合物的联合毒性.     

取代联苯的定量结构活性相关及联合毒性研究

测定了18种取代联苯对大型蚤(Daphnia magna)24h的单一毒性(24h-EC₅₀)及其混合物联合毒性.对单一毒性进行了定量结构活性相关(QSAR)分析,建立了辛醇-水分配系数(lgK_ow)模型,理论线性溶剂化能相关(TLSER)模型及量子化学参数模型,表明量子化学参数模型能很好地预测取代联苯的单一毒性.混合物联合毒性研究表明,取代联苯的联合毒性机制为浓度相加效应,并且根据浓度相加预测了混合物半数抑制浓度(EC_50mix),预测值与实验值非常吻合.     

均匀设计用于研究硝基苯衍生物对青海弧菌Q67的联合毒性

实验设计在混合物毒性评估与预测中起着非常重要的作用. 应用微板毒性测试方法测定了7种硝基苯衍生物对青海弧菌Q67的发光抑制毒性,硝基苯、邻氯硝基苯、间氯硝基苯、对氯硝基苯、间硝基苯胺、对硝基苯胺和对硝基甲苯的-lg EC₅₀值(EC50的单位为mol/L)分别为2.66,3.22,3.30,3.29,2.94,4.22和3.39;引入均匀实验设计方法,在单个硝基苯衍生物剂量-效应关系基础上构建不同效应浓度下的10个混合物,同样应用微板毒性测试方法测定其对Q67的毒性,应用剂量加和(DA)与独立作用(IA)原理建立了混合物毒性的评估与预测模型. 结果表明:与等效应浓度比法相比,均匀实验设计构建的混合物浓度配比,具有三维浓度分布特征,可在更大范围内考察各种可能的混合物类型,更加接近于实际环境体系.